徐州矿区深部地应力测量及区域构造作用分析

为了指导徐州矿区深部巷道维护及开采安全,在5个埋深超过800 m的深井采用空心包体三维应力解除法进行了原岩地应力测量。实测数据表明：所有测点的最大水平主应力均略大于垂直主应力,方向呈NW-SE向, 近水平方向;由于受区域地质构造作用,地应力存在东西差异,西部和西北部矿井,近似呈静水压力型,东部矿井水平应力是垂向应力的1.19～1.23倍;分析了深井地应力量级、主应力与侧向系数随深度的分布规律;分析了区域郯—庐大断裂左旋平移的基础上形成的北东向徐—宿弧形推覆构造作用影响,确立了矿区实测地应力场与区域地质构造的一致性关系,为深部开采提供可靠的地应力基础数据。     

千米深井地应力测量技术研究与分析

为查明朱集西煤矿矿区地应力分布特点,并对以后的支护设计提供有力的参数,采用空心包体法测量朱集西典型巷道。结果表明:经过试验测量可得在朱集西矿区近乎垂直方向分布着中间主应力,而在近水平方向分布的是最大和最小主应力;测量得到高应力区的最大水平应力和垂直应力比值是1.55;同时根据理论估算深约950 m的水平和垂直应力,通过比较发现理论数值小于现场实测数值,通过分析该处以水平构造力为主属于大地动力场一种。     

车集矿深部三维初始地应力测量研究

岩体的初始地应力是地壳地层力学状态最基础的原始数据,是采矿工程围岩稳定性分析、开采与支护设计的一个基本参数。与其它地应力测量方法相比,空心包体应力解除法测量精度高且能一次测得三维应力,论述了其地应力测量原理,并采用改进的KX-81型空心包体式应力计实测了车集矿区深部4个测点的三维地应力大小和方向。通过结果分析获得车集矿地应力场的基本分布规律如下:各个主应力均为压应力,没有出现拉应力的现象,最大主应力倾角均小于6°,方位角介于SE10°—SW11°,为近水平南北方向,说明车集矿区域地应力以水平构造应力为主,根据应力回归公式可知,垂直应力基本上等于或略小于单位面积上覆盖岩层的重量,最大主应力随深度的增加而增加。测量结果对深部采矿设计和安全生产具有重要的指导意义。     

红透山铜矿地应力测量及其分布规律研究

红透山铜矿是国内最深的金属矿山之一，岩爆灾害具有典型性。为了解矿区应力状态及分布特征，开展了应力实测工作，应用空心包体应力解除法进行应力测量。通过现场实测获得该矿区5个中段8个测点的三维应力状态，最大主应力方向为NNW-NW，最大主应力值随深度基本呈线形增大，且-767m中段不同部位应力值有所变化，最大主应力值可达50MPa左右。     

V型河谷区原地应力测量研究

为研究V型河谷区岩体应力的大小、方向及其分布,采用水压致裂法对河床和山体内的平面和三维地应力进行现场测量。实测最大水平主应力方向为NW40°～60°,最大水平主应力值最高近40MPa,最小水平主应力值为20MPa;在河床谷底浅部80m以上,受河谷卸荷影响地应力有所释放,形成卸荷带;孔深90～130m产生应力集中,形成V型峡谷典型的“应力包”分布特征;在山体内PD27#平硐不同硐深处的3个测点进行三维地应力测量。测量结果表明:三维主应力值随硐深的增加而增大,从1#～3#测点测得的最大主应力和最小主应力的数值增加近1倍;3个测点主应力的方位和倾向大体一致,随硐深的增加,最大主应力倾角逐渐变陡,反映出重力的贡献越为显著。对原地应力实测结果进行解析,得到隧道横截面的最大主压应力和最小主压应力及相关的应力参量,结合岩爆判据对隧道发生岩爆的可能性进行分析,隧道横截面内最大差应力的大小是控制岩爆发生的主要因素。     

关于影响空心包体应变计地应力测量精度若干因素的讨论

空心包体应变计法测量地应力较其他地应力测量方法具有精度高、一次可测得三维应力的特点。蔡美峰教授对测量探头进行改进对最初的围压率定公式进行修正，大大提高空心包体地应力测量的精度。但是目前，空心包体地应力测量在实际操作、电路情况、温度变化以及率定公式等方面仍然存在一些误差。通过对国内目前使用的两种空心包体应变计探头在测量电路和温度补偿方面产生误差的大小和原因进行综合比较、分析，指出13线探头在电路方面产生的误差较小，而15线探头在温度补偿方面性能更优。详细分析目前使用的围压率定修正公式，指出蔡美峰教授推导的围压率定修正公式虽然较最初的率定公式在精度上有很大提高但未考虑树脂层受压产生抗力的影响，因此与实际情况也存在一定出入，并推导了完整形式的公式。     

北岭煤矿地应力测量及其特征分析

为弄清北岭煤矿浅部应力状态及分布特征,采用空心包体应力解除法进行地应力测量。结果表明:该区的地应力以水平构造应力为主,且均为压应力;最大主应力位于近水平方向,为近东西向;各测点均有两个主应力接近水平方向,另一个主应力接近垂直方向,垂直主应力值基本等于自重应力;位于近水平面内的两个主应力值相差较大,三个测点近水平面内的两个主应力的比值分别为1.83、1.88、1.84;在同一平面内,地应力的大小和方向没有出现突变现象,说明矿区的地应力场比较均匀。此次地应力测量为矿区进行围岩稳定性分析及开挖设计科学化提供了理论依据。     

空心包体应变计地应力计算方法的探讨

为进一步改进和完善空心包体应变计的地应力计算方法,基于空心包体应变计所测应变值和原岩应力分量之间的关系,采用曲线拟合的最小二乘法,建立求解应力分量的正规方程组,推导出原岩应力分量的表达式;利用盛金公式求解应力状态方程,得到判断测点处地应力状态的总判别式及不同情况下主应力的计算公式;根据主应力方向余弦之间的几何关系,给出确定主应力所在卦限的方法,推导出主应力方位角和倾角的计算公式。据此利用LabVIEW编制地应力计算程序,对新城金矿三维地应力状态进行分析。结果显示:新城金矿地应力场以水平构造应力为主,最大水平主应力总体上为南东–北西向到近东西向。     

赵楼煤矿1 000 m深孔水压致裂地应力测量及其应力场研究

 赵楼煤矿是目前国内开采最深的非金属矿山之一,处于曹县-郓城活动断裂带上,区内地质构造较为复杂。为了掌握矿区原岩应力场分布规律,应用深孔水压致裂地应力测量技术开展地应力测量工作,获得该矿区2个钻孔中16个测段的应力状态。测量结果表明：矿区最大主应力随深度增加基本呈线性增大,且在800 m深度处应力值有所变化,最大水平主应力为28.45～45.75 MPa,方向NEE,反映出矿区地应力场以水平应力为主导的特点,测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学依据。     

梅山铁矿地应力测量结果及其分析

梅山铁矿地应力测量采用应力解除法和改进型空心包体应力计，测量获得矿区３个水平８个测点的三维地应力大小和方向，并通过统计分析得出矿区地应力场分布的基本规律。实测结果与依据构造线推测的矿区构造应力场状态基本一致。     

金川二矿深部1 000 m中段地应力测量 及应力状态研究

 金川镍矿是我国最大的硫化铜镍矿,而二矿又是金川镍矿的主力矿山。目前二矿已进入深部开采阶段,由于矿岩破碎、剧烈开采扰动以及巷道采场结构越来越复杂,加之应力状态的改变,围岩稳定性问题更加突出。为此在二矿深部1 000 m中段进行了系统的地应力测量,以了解深部应力分布特征及其变化规律。现场测试采用空心包体应力解除法,共获得7个测点的三维应力数据。地应力测量成果表明,在井下700～800 m深度范围内,最大主应力量值基本为20～30 MPa,大部分测点最大主应力方位为NNE～NE向,最大主应力倾角在40°以上,以水平应力为主导的应力作用特征发生改变。     

空心包体式钻也三向应变计地应力测量的研究

对空心包体式钻孔三向应变计的地应力测量方法进行了系统的研究，推导了资料整理的计算公式。对应变片并非直接粘贴在钻孔岩壁上而引入的修正系数Ki和各因素对它的影响以及由它的误差所导致的测量误差，进行了分析。     

新疆某高放废物预选处置库区地应力测量研究

 为了获得预选处置库区现今地应力的赋存特征,在该区花岗岩体内的4个深钻孔中采用水压致裂方法进行地应力测量。基于钻孔岩芯编录结果,在0～700 m深度范围内,成功取得地应力量值和最大水平主应力方向数据。依据获取的地应力实测资料,结合拜尔利定律和断层摩擦库伦准则,对预选区的地应力状态及断层活动性进行分析。结果表明：(1) 3个主应力随深度呈现出较好的线性关系;(2) 测试深度范围内,水平应力普遍高于垂向应力,预选区构造应力占主导地位,且随深度的增加逐渐减弱,岩体北部的水平力作用强于中部及南部,南部最弱;(3) 最大水平应力优势方位为NEE,与区域构造应力场方向基本吻合,自青藏高原内部及边缘到东天山地区,现今最大主应力的作用方向表现为由NE～NEE的变化规律;(4) 预选区地应力量值未达到断层摩擦滑动临界值,断层活动性较弱;(5) 研究成果为处置库的开挖设计和稳定性评价提供科学的指导,实测资料填补了该区域地应力数据的空白,为我国西部地区地应力场分布规律研究提供重要参考资料。     

西部地区地震活动与地应力研究

中国地震活动主要集中在西部地区,随着中国对西部地区建设的投资力度逐年加大,对该地区地震机制和地应力测量的研究越来越显得重要和紧迫。据此,叙述了该地区地震活动与地应力的关系及其研究的现况,主张加强深钻孔地应力测量。重点介绍了空心包体式钻孔三向应变计深钻孔地应力测量技术和方法,同时介绍了新疆下坂地水利枢纽地应力测量成果。     

玲珑金矿深部地应力测量及矿区地应力场分布规律

 介绍玲珑金矿主矿区深部和浅部两期地应力测量的过程和结果。为提高测量结果的可靠性和准确性,采用完全温度补偿技术和实现完全温度补偿的空心包体应变计等一系列新的技术和方法,对传统的应力解除法进行重大改进。通过实测,获得矿区7个水平,18个测点的三维地应力大小和方向。根据实测结果,对玲珑金矿主矿区地应力场的分布规律进行定量的综合分析与研究。研究结果表明：(1) 玲珑金矿主矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力平均为自重应力的2.26倍;(2) 最大水平主应力的走向为NW向,基本与区域构造应力场最大主应力的方向相一致;(3) 垂直主应力值基本上等于或略大于自重应力值;(4) 深部与浅部相比,尽管岩性有较明显变化,但地应力场分布规律并没有显著改变;(5) 最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力值均随深度呈几乎线性增长关系。     

水压致裂法地应力测量的校核和修正

研究了水压致裂法地应力测量的经典理论,对不完全符合实际的钻孔轴向与主应力方向一致的假定和所采用的最大单轴拉应力破裂准则,进行全面的分析和研究,提出了对实测成果进行校核和修正的建议,推导了具体计算公式,并附有实例。     

我国大陆实测深部地应力分布规律研究

深埋地下工程往往面临着高地应力的环境,在研究"深部"及"深部工程"概念的基础上,通过搜集我国大陆地区600多组深部岩体地应力实测资料,绘制出我国大陆地区埋深大于500 m的实测垂直主应力、最大水平主应力、最小水平主应力以及侧压力系数随埋深分布图,参照Hoek-Brown方法对深部岩体地应力特征进行初步分析,回归分析深部岩体垂直应力与埋深的关系、最大和最小水平主应力随埋深的分布规律以及侧压力系数随埋深的分布规律;采用分段函数的形式拟合侧压力系数分布图的包络线。     

川藏铁路长大深埋隧道地应力场反演分析

西南地区山高谷深,地质条件复杂,隧道工程建设过程中面临着巨大地质灾害风险。桑珠岭隧道作为川藏铁路林芝段的主要控制性工程之一,面临着超长、超埋深诱发高地应力风险,本文通过综合分析隧道区域构造环境与现场实测数据,利用Surfer、ANSYS等软件构建隧址区三维数值模型,采用应力试算法确定模型加载的边界条件,进一步使用基于有限差分法的FLAC^3D模拟计算,获得桑珠岭隧址区范围的初始地应力场。对比分析可见地应力在方向与量值上基本吻合,且与区域构造定性分析结论基本一致。隧道轴线方向地应力场总体表现为:最大水平主应力(S_H)>垂直主应力(S_v)>最小水平主应力(S_h),最大主应力方向N30°W～N45°E。基于强度理论分析,隧道深埋段地应力较大,岩爆发生可能性较高。建议施工期间,应加强超前地质预报与监测,确保施工安全。     

裂隙对四分量钻孔应力–应变观测影响的数值模拟分析

钻孔围岩中存在裂隙是导致钻孔应力–应变观测中测试值不满足自洽关系的原因之一,但缺乏理论依据。建立若干个二维有限元模型,通过模拟计算相邻45°的各元件位移,定性地研究裂隙与最大水平应力的角度、最大水平应力与最小水平应力比值、裂隙与孔壁距离、长度、宽度和材料属性几种典型要素对四分量钻孔应力–应变观测的影响。结果显示,几种因素对钻孔应力–应变观测都有比较明显的影响,当裂隙延展方向与最小水平应力方向一致或最大水平应力与最小水平应力比值越大、裂隙与孔壁距离越近、裂隙尺寸越大、裂隙的材料属性与围岩的差距越大时,裂隙的存在对观测的影响越明显。